JP2014185807A - 潜熱回収型の熱源機および中和器 - Google Patents

Abstract

【課題】水封される前のドレン排出路を通じて排気が外部へ漏れ出ることを防止できる潜熱回収型の熱源機を提供する。
【解決手段】潜熱回収型の熱源機３は、燃焼部４、燃焼部４の排気から顕熱および潜熱を回収する熱交換器６、７と、熱交換器６、７で生じたドレンを回収するドレン回収部１１と、ドレン回収部１１で回収されたドレンを外部へ排出するドレン排出路１３と、ドレン排出路１３の途中に設けられた水封部（中和器）２０と、水封部２０の下流に設けられた貯水部２３と、貯水部２３の出口を封鎖し、所定値を超える水圧で封鎖を解除する封鎖部３０とを有する。器具設置後の燃焼で生じるドレンで水封部２１が水封される前は封鎖部３０の封鎖で排ガス漏れが防止され、水封完了後は封鎖が自動的に解除されてドレンの排出が確保される。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼排気から顕熱および潜熱を回収する潜熱回収型の熱源機およびドレンの中和器に関する。

バーナーで加熱された空気（燃焼排気）から主に顕熱を回収する顕熱回収用熱交換器の下流に、排気の潜熱をさらに回収する潜熱回収用熱交換器を設けて熱回収効率を高めるように構成された潜熱回収型の給湯機などの熱源機がある。

このような潜熱回収型の熱源機では、排気に含まれる水蒸気が潜熱回収時に結露して凝縮水（ドレン）が生じる。このドレンは、排気中の窒素酸化物や硫黄酸化物を吸収して酸性となる。そのため、潜熱回収型の熱源機では、ドレンを回収し、中和器で中和した後、ドレン排出口から排水するようになっている。

通常、中和器は、水封構造を備えた容器の中に中和剤を入れて構成される。中和器にドレンが貯まって水封された状態では、排気が中和器を通ってドレン排出口から外部へ漏れ出ることはない。しかし、工場出荷時は中和器は乾燥した状態にされており、内部にドレンがなく、水封されていないので、熱源機を設置した後、そのまま最初の運転を行うと、排気が中和器を通って外部へ漏れ出てしまう。ドレン排出口から漏れた排気は、周囲の者に不快感を与えるだけでなく、結露すると酸性のドレンを発生させるので、パイプシャフトなどに熱源機が設置されて、配管やガスメータなどが近くにあると、これらを腐食させてしまう。

そこで、設置後の運転開始前に作業者が中和器に水を入れて水封状態を確保する、といった作業を設置手順に規定することが行われる。

また、特許文献１には、給水管から分岐させた注水配管を中和器に接続し、該注水配管の途中に設けた電磁弁を開くことで中和器へ注水できるようにした給湯機が開示されている。この給湯機では中和器の水封が確保されるまで燃焼を禁止するように制御している。

なお、下記特許文献２には、潜熱回収用熱交換器を通る水管がドレンによって腐食されて孔が開いた場合でも、この孔から漏れた水がドレンパンに回収され中和器を通って排水されてしまうので腐食に気付かないという課題を解決するために、中和器の上流側のドレン配管の途中に、該ドレン配管を流れる水の量を検出する水量センサを設けた給湯機が開示されている。この水量センサは、底部に絞りを有する溜め空間と、溜め空間内で上下するフロートと、フロートの位置を検出するセンサとを有して構成される。

特開２００９−１０９０８５号公報 特開２００２−１４７８４７号公報

設置後の運転開始前に作業者が中和器に水を入れることを設置手順に規定しても、作業者のミスや懈怠によりこの作業が実施されない恐れがある。一方、特許文献１に開示されたように注水配管や電磁弁を設けると、熱源機の製造コストが嵩む。

特許文献２に開示された水量センサは、ドレンが流れないときはフロートが下がって絞りに蓋をするので、中和器が水封されていない状態において排気が絞りから中和器を通って外部へ漏れ出ることを防ぐ役割を果たす。しかし、ドレンパンに貯まったゴミや土埃などがドレンと共にドレン配管へ流入すると、絞りが直ぐに詰まってしまうという問題がある。

本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、水封される前のドレン排出路を通じて排気が外部へ漏れ出ることを防止することのできる潜熱回収型の熱源機およびドレンの中和器を提供することを目的としている。

かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。

［１］燃焼部と、
前記燃焼部の排気から顕熱および潜熱を回収する熱交換器と、
前記熱交換器で生じたドレンを回収するドレン回収部と、
前記ドレン回収部で回収されたドレンを外部へ排出するドレン排出路と、
前記ドレン排出路の途中に設けられた水封部と、
前記ドレン排出路の途中であって前記水封部の下流に設けられた貯水部と、
前記貯水部の出口を封鎖すると共に、所定値以上の水圧で前記封鎖を解除する封鎖部と、
を有する
ことを特徴とする潜熱回収型の熱源機。

上記発明および下記［５］に記載の発明では、水封部が水封されていない状態のままで設置後に熱源機の運転が開始されても、水封部の下流に設けた貯水部の出口を封鎖部が封鎖しているので、排気がドレン排出路を通じて外部へ流出することが阻止される。また、水封完了後は、水封部から溢れ出たドレンが貯水部に貯まるとその水圧で封鎖部３０による封鎖が自動的に解除されるので、ドレン排出路を通じたドレンの排水が確保される。

［２］前記水封部は、中和剤が入れられて、前記ドレンを中和する中和器の機能を果たす
ことを特徴とする［１］に記載の潜熱回収型の熱源機。

上記発明および下記［５］に記載の発明では、水封部は中和器の機能を兼ねる。

［３］前記所定値は、前記燃焼部での排気圧力の最大値に室内負圧を加算した圧力より大きく、かつ、前記貯水部の最大水位での水頭圧未満である
ことを特徴とする［１］または［２］に記載の潜熱回収型の熱源機。

上記発明および下記［６］に記載の発明では、排気圧力に室内のドアの開け閉め等による負圧が加わった場合でも封鎖状態が維持されると共に、貯水部が満水になる前に封鎖が解除される。

［４］前記封鎖部は、閉じるように付勢された、繰り返し開閉可能な開閉弁である
ことを特徴とする［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の潜熱回収型の熱源機。

上記発明および下記［７］に記載の発明では、封鎖部が繰り返し開閉する構造なので、設置後の最初の運転におけるドレン排出路からの排ガス漏れのほか、凍結予防のために水抜きをした後の運転においてもドレン排出路からの排ガス漏れを防止することができる。

［５］燃焼部と、前記燃焼部の排気から顕熱および潜熱を回収する熱交換器と、前記熱交換器で生じたドレンを回収するドレン回収部と、前記ドレン回収部で回収されたドレンを外部へ排出するドレン排出路とを備えた潜熱回収型の熱源機の前記ドレン排出路に介装される中和器であって、
中和剤が入れられる水封部と、
前記水封部から溢れたドレンを貯水する貯水部と、
前記貯水部の出口を封鎖すると共に、所定値以上の水圧で前記封鎖を解除する封鎖部と、
を有する
ことを特徴とする中和器。

［６］前記所定値は、前記燃焼部での排気圧力の最大値に室内負圧を加算した圧力より大きく、かつ、前記貯水部の最大水位での水頭圧未満である
ことを特徴とする［５］に記載の中和器。

［７］前記封鎖部は、閉じるように付勢された、繰り返し開閉可能な開閉弁である
ことを特徴とする［５］または［６］に記載の中和器。

本発明に係る潜熱回収型の熱源機および中和器によれば、水封される前のドレン排出路を通じて排気が外部へ漏れ出ることを防止できると共に、水封完了後は自動的に封鎖が解除されてドレンの排水が確保される。

本発明の実施の形態に係る熱源機の概略の構成を示す図である。 中和器の構成を示す図である。 工場から出荷された熱源機を設置して最初に運転した際の中和器の状態変化を示す図である。 水封部の後室側の容器の上部に通気用細孔を設けた中和器の例を示す図である。 水封部の仕切り板に前室と後室とを連通させる通気用細孔を設けた中和器の例を示す図である。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る熱源機３の概略の構成を示している。熱源機３は、給水を加熱して出湯する給湯機能を備えている。熱源機３は、燃焼ガスを燃焼させるバーナー４と、バーナー４へ空気を送り込む燃焼ファン５と、バーナー４の上方に設置されてバーナー４で加熱された空気（燃焼排気）から主に顕熱を回収して給水を加熱する顕熱熱交換器６と、バーナー４からの空気の流れで顕熱熱交換器６の下流に配置され、主として排気の潜熱を回収して給水を加熱する潜熱熱交換器７を有する。

熱源機３の内部にはさらに、上記のバーナー４、顕熱熱交換器６、潜熱熱交換器７を下からこの順に並べて収めた燃焼室８と、燃焼室８の上端に連通した排気筒９が設けてある。

潜熱熱交換器７の下方には、排気の潜熱を回収することで生じた酸性の凝縮水（ドレン）を受け止めて回収するための受け皿１１が設けてある。また、排気筒９の出口近傍の底部には、ドレン回収口１２が設けてある。ドレン回収部（受け皿１１およびドレン回収口１２）で回収されたドレンはドレン排出管１３を通じて排水される。このドレン排出管１３の途中には水封機能とドレンを中和する機能とを備えた中和器２０が設けてある。中和器２０の出口２８には、該出口２８を封鎖すると共に、所定以上の水圧で封鎖を解除する封鎖部３０が取り付けてある。なお、工場出荷時は、中和器２０の内部はドレンがなく乾燥した状態にされている。

図２は、中和器２０の構成をより詳細に示している。中和器２０は、水封機能を果たす水封部２１（図２のグレー部分）と、水封部２１の流出口２２に連通した貯水部２３とから構成される。水封部２１は、中空の容器を、下部が連通するように仕切り板２４で２室（前室２５と後室２６）に区切った構造をなしている。

前室２５の上部には、中和器２０より上流側のドレン排出管１３ａからドレンを受け入れるドレン入口２７が設けてある。ドレン入口２７には、ドレン排出管１３ａの終端が接続される。後室２６の上部には中和したドレンを排出する前述の流出口２２が設けてある。この流出口２２に連通する貯水部２３は、流出口２２から水封部２１に沿って下方へ所定長だけ延設された中空筒状の縦長の容器を成すと共に、その下端には出口２８が設けられている。この出口２８には前述した封鎖部３０の入り側が接続され、封鎖部３０の出側には中和器２０より下流側のドレン排出管１３ｂの始端が接続される。

封鎖部３０は、貯水部２３の出口２８を封鎖すると共に、出口２８側から所定値（開弁圧力）以上の水圧が加わると封鎖を解除するように構成されている。図２に示す封鎖部３０は、出口２８を封鎖する弁体３１と、弁体３１を出口２８に押圧するように付勢する弾性体としてのバネ３２で構成される。

弁体３１は出口２８に当接する面がゴムなどの弾性体で形成された平板状の部材である。弁体３１は、出口２８の脇に一端が回動可能に軸支されており、出口２８に平らな部分を当接させて出口２８を封鎖する閉位置と、該閉位置から下方へ略９０度回動した開位置とに変位する。バネ３２は、弁体３１を支持する軸と同軸に設けられたねじりバネなどで構成され、弁体３１を閉位置に向けて付勢する。

封鎖部３０の弁体３１の開弁圧力は、バーナー４からドレン排出管１３等を経由して封鎖部３０へ到達する排気の圧力の最大値に室内負圧を加算した圧力より大きく、かつ、貯水部２３の最大水位での水頭圧未満にされる。

たとえば、封鎖部３０の弁体３１の開弁圧力の下限は、封鎖部３０に到達する排気圧力の最大値（約２０mmH₂O）に室内負圧（たとえば、ドアの開け閉めによる負圧で、約−２０mmH₂Oと想定される）を考慮して、２０〜５０mmH₂O程度に設定する（室内負圧を加算した４０mmH₂O以上が好ましい）。また、開弁圧力の上限は貯水部２３の最大水位での水頭圧より低い値に設定する。たとえば、貯水部２３の最大水位での水頭圧が１２０mmH₂Oの場合、一定の余裕を見て、開弁圧力の上限は１００mmH₂O程度に設定する。

水封部２１の流出口２２はドレン入口２７より低い位置にされている。また、貯水部２３は水封部２１の流出口２２より低くされており、流出口２２から貯水部２３の下端の出口２８までの落差は、封鎖部３０の開弁圧力より大きな水頭圧が得られるように設定される。

水封部２１の前室２５および後室２６には、凝縮水（ドレン）を中和するための中和剤２９が装填されている。中和剤２９は、炭酸カルシウムなどであり、直径１ｃｍほどの豆粒大の粒状を成している。ドレン入口２７から流入したドレンは、水封部２１の前室２５および後室２６に装填された多数の粒状の中和剤２９の隙間を通る際に中和される。

次に、封鎖部３０の作用について説明する。

図３は、工場から出荷された熱源機３を設置して最初に運転した際の中和器２０および封鎖部３０の状態変化を示している。

工場出荷時は、図３（ａ）に示すように、中和器２０の内部は、ドレンが空で乾燥した状態にされている。この状態で運転を開始すると、排気の一部がドレン排出管１３ａを通じて中和器２０側へ流れ込もうとするが、中和器２０の出口が封鎖部３０で封鎖されているので、流れ込みはほとんどなく、かつまた、ドレン排出管１３ｂを通じて外部へ排気が流出することも阻止される。なお、封鎖部３０で封鎖していなければ、排気の一部がドレン排出管１３を通じて外部へ流出してしまい、背景技術の項で説明したような不具合を生じさせる。図３（ａ）の破線は、封鎖部３０を設けない場合の排気の流れを示している。

熱源機３の運転を継続すると、ドレンが中和器２０の水封部２１に貯まりはじめる。そして、図３（ｂ）に示すように、中和器２０の水封部２１内の水位が上昇して水封部２１がドレンによって水封された状態になると、以後は、この水封によって排気がドレン排出管１３を通じて外部へ流出することが阻止される。

その後さらに運転を続けてドレンが中和器２０へ流入し続けると、図３（ｃ）に示すように、水封部２１の流出口２２からドレンが溢れて貯水部２３へ流出し、貯水部２３に貯水される。さらに運転を続けると、貯水部２３内の水位が上昇し、水頭圧が封鎖部３０の弁体３１の開弁圧力を超えると、図３（ｄ）に示すように、弁体３１が開位置に変位して封鎖部３０による出口２８の封鎖が解除される。これにより、貯水部２３に貯まっていたドレンがドレン排出管１３ｂを通じて外部へ排出される。

貯水部２３に貯まっていたドレンが排出されると、弁体３１はバネ３２に付勢されて再び閉位置に戻って出口２８を封鎖する。その後は、貯水部２３内の水位が上昇し、その水頭圧が弁体３１の開弁圧力を超えると弁体３１が開き、貯水部２３に貯まっていたドレンが排出され、ドレンが排出されると弁体３１が閉じる、という動作が繰り返し行われる。

このように、工場出荷後に設置されて、中和器２０が水封されていない状態のままで熱源機３の運転が開始されても、封鎖部３０での封鎖により、排気がドレン排出管１３を通じて外部へ流出することが阻止される。また、水封完了後に中和器２０から溢れて貯水部２３に貯まったドレンの水圧が開弁圧力を超えると封鎖部３０の弁体３１が開いて封鎖が自動的に解除されるので、ドレン排出管１３を通じたドレンの排水が確保される。

したがって、設置後の運転開始前に作業者が中和器に水を入れて水封状態を確保する、といった作業が不要になる。また、作業者に手動で水を入れさせる場合には、中和器に水位センサを設け、水封完了前の運転を禁止したり、水の入れ忘れを警告したりする等の対策を講じるべきであるが、本実施の形態の熱源機３では封鎖部３０を取り付けることで、そのような対策も一切不要になる。あるいは、給水管から分岐させた注水配管を中和器に接続し、該注水配管の途中に設けた電磁弁を開くことで中和器へ自動的に注水する、といった構成も不要になる。

なお、図３（ｂ）に示す状態（水封完了時）から図３（ｃ）に示す状態へと水封部２１内のドレンの水位が上昇すると、出側（後室２６側）のドレンの水面から封鎖部３０（あるいは貯水部２３に貯まったドレンの水面）に至るまでの空間の容積が次第に減少して内圧が上昇する。内圧が過度に上昇すると、それ以上、水位が上昇しなくなってしまう。

そこで、水封部２１の後室２６側の最高水位時の水面から貯水部２３に貯まり得る最高水位時の水面までの間の空間を形成する部分の容器を、僅かに通気性が確保されるように、完全な気密に構成しないようにしている。たとえば、上記部分の容器が気密にならないように隙間を設けたり、通気用の細孔を設けたりする。なお、水封部２１の後室２６側の最高水位時の水面より低い箇所や貯水部２３の最高水位時の水面より低い箇所に通気用の細孔や隙間を設けると、その部分からドレンが漏れ出たり、通気用の細孔より水位が高くなると空気を逃がすことができなくなったりする。

図４は、水封部２１の後室２６側の容器の上部に通気用細孔４４を設けた例を示している。この通気用細孔４４は熱源機３の本体内に開口されている。水封完了前の熱源機３の運転中は、通気用細孔４４を通じて、極めて僅かであるが、排ガスが外部へ漏れることになる。そこで、図４に示すような位置に通気用細孔４４を設ける場合は、熱源機３は屋外設置式であることが望ましい。また、通気用細孔４４は熱源機３の本体内に開口されているので、たとえば、熱源機３がパイプシャフトに設けられた場合でも、通気用細孔４４からの排ガスが直接、パイプシャフト内に流れ出ないので、パイプシャフト内のガス管等を腐食させることがない。

一方、熱源機３が屋内設置式の場合には、通気用細孔４４を通じて、排ガスが室内に僅かでも漏れないようにすることが望ましい。そこで、通気用細孔４４を熱源機３の排気経路に開放する。たとえば、図５に示すように、最高水位より高い位置の仕切り板２４に前室２５と後室２６とを連通させる通気用細孔４５を形成すると、通気用細孔４５を通じた排ガスの出口が排気経路に開放されることになる。この構成では、水封完了前の熱源機３の運転中に排ガスが外部に漏れ出ることはない。また、水封完了後は、中和器２０内の水位が上昇する際に後室２６内の空気が通気用細孔４５を通じて前室２５側へ移動し、ドレン排出管１３ａおよび排気筒９を通じて外部へ排出される。

なお、仕切り板２４に通気用細孔４５を設ける代わりに、たとえば、図４の通気用細孔４４を設け、該通気用細孔４４の出口を管等でドレン入口２７あるいはドレン排出管１３ａに連通させるようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態の熱源機３では、水封部２１の下流に設けた貯水部２３の出口に、該出口を封鎖すると共に所定値以上の水圧で封鎖を解除する封鎖部３０を取り付けたので、水封部２１が水封される前の運転でドレン排出管１３を通じて排気が外部へ漏れ出ることが防止される。また、水封完了後は、水封部２１から溢れ出たドレンが貯水部２３に一定以上貯まるとその水圧で封鎖部３０の封鎖が自動的に解除されるので、中和器２０から溢れるドレンを、ドレン排出管１３ｂを通じて円滑に排出することができる。

以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は実施の形態に示したものに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

実施の形態で示した封鎖部３０は例示であり、貯水部２３の出口２８を封鎖すると共に、所定値以上の水圧で封鎖を解除する機能を果たせば他の構成であってもよい。たとえば、実施の形態では、封鎖部３０を繰り返し開閉可能な開閉弁としたが、１度、封鎖を解除したら、再度、封鎖状態に戻らない構成であってもよい。たとえば、所定以上の水圧がかかると封鎖部３０の一部が、折れる、破れるなどで破壊されて封鎖が解除される構成であってもかまわない。

なお、凍結予防の水抜きを考慮すると、封鎖部３０は、繰り返し開閉可能に構成することが好ましい。すなわち、凍結予防のために中和器２０内のドレンが排出されると、工場出荷時と同様に中和器２０の水封部２１は水封されていない状態になるので、水抜き後の運転時にドレン排出管１３から排気が漏れるのを防ぐには、水抜きされた状態で封鎖部３０が再び封鎖状態に戻ることが好ましい。

実施の形態では水封部２１に中和剤２９を入れて、水封部２１を中和器２０として兼用するようにしたが、ドレンを中和する中和器と水封部を別々に設けてもかまわない。

実施の形態では、水封部２１と貯水部２３とを一体とした中和器２０を例示したが、水封部２１の下流であれば、水封部２１からある程度離れた場所に貯水部２３が設けられてもよい。なお、貯水部２３は水封部２１の流出口２２より下方に位置するように設けられる。

本発明は、水封部２１と貯水部２３と該貯水部２３の出口２８に取り付けた封鎖部３０とを含む中和器として構成されてもよい。

熱源機３は、給湯機に限定されず暖房機や乾燥機などでもよい。

３…熱源機
４…バーナー
５…ファン
６…顕熱熱交換器
７…潜熱熱交換器
８…燃焼室
９…排気筒
１１…受け皿
１２…ドレン回収口
１３、１３ａ、１３ｂ…ドレン排出管
２０…中和器
２１…水封部
２２…流出口
２３…貯水部
２４…仕切り板
２５…前室
２６…後室
２７…ドレン入口
２８…出口
２９…中和剤
３０…封鎖部
３１…弁体
３２…バネ
４４…通気用細孔
４５…通気用細孔

Claims (7)

1. 燃焼部と、
   前記燃焼部の排気から顕熱および潜熱を回収する熱交換器と、
   前記熱交換器で生じたドレンを回収するドレン回収部と、
   前記ドレン回収部で回収されたドレンを外部へ排出するドレン排出路と、
   前記ドレン排出路の途中に設けられた水封部と、
   前記ドレン排出路の途中であって前記水封部の下流に設けられた貯水部と、
   前記貯水部の出口を封鎖すると共に、所定値以上の水圧で前記封鎖を解除する封鎖部と、
   を有する
   ことを特徴とする潜熱回収型の熱源機。
2. 前記水封部は、中和剤が入れられて、前記ドレンを中和する中和器の機能を果たす
   ことを特徴とする請求項１に記載の潜熱回収型の熱源機。
3. 前記所定値は、前記燃焼部での排気圧力の最大値に室内負圧を加算した圧力より大きく、かつ、前記貯水部の最大水位での水頭圧未満である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の潜熱回収型の熱源機。
4. 前記封鎖部は、閉じるように付勢された、繰り返し開閉可能な開閉弁である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の潜熱回収型の熱源機。
5. 燃焼部と、前記燃焼部の排気から顕熱および潜熱を回収する熱交換器と、前記熱交換器で生じたドレンを回収するドレン回収部と、前記ドレン回収部で回収されたドレンを外部へ排出するドレン排出路とを備えた潜熱回収型の熱源機の前記ドレン排出路に介装される中和器であって、
   中和剤が入れられる水封部と、
   前記水封部から溢れたドレンを貯水する貯水部と、
   前記貯水部の出口を封鎖すると共に、所定値以上の水圧で前記封鎖を解除する封鎖部と、
   を有する
   ことを特徴とする中和器。
6. 前記所定値は、前記燃焼部での排気圧力の最大値に室内負圧を加算した圧力より大きく、かつ、前記貯水部の最大水位での水頭圧未満である
   ことを特徴とする請求項５に記載の中和器。
7. 前記封鎖部は、閉じるように付勢された、繰り返し開閉可能な開閉弁である
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の中和器。